中國石油大學(xué)電氣專業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告

1、 電氣專業(yè)綜合實(shí)踐-交流電機(jī)軟起動(dòng)裝置電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)綜合實(shí)踐指導(dǎo) 學(xué) 號(hào)： 10053228 一、綜合實(shí)踐目的本專業(yè)綜合實(shí)踐的意義：本專業(yè)涉及多門學(xué)科，包括電機(jī)拖動(dòng)、電力工程、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)控制，多學(xué)科滲透，強(qiáng)弱電結(jié)合，特別是對(duì)動(dòng)手能力要求較高，但從前幾屆的畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)生的實(shí)際工作能力看，往往實(shí)際動(dòng)手能力較弱，對(duì)動(dòng)手能力訓(xùn)練不夠。包含以下訓(xùn)練內(nèi)容： 1.各部分原理分析； 2.焊接、組裝（控制、驅(qū)動(dòng)、電源）； 3.各部分電路分別調(diào)試及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)； 4.多種儀器設(shè)備的使用與電路波形測(cè)試二、部分電路組成以及原理分析1、電機(jī)軟啟動(dòng)基本原理（1）實(shí)質(zhì)：降壓啟動(dòng)。降壓起動(dòng)的目的：降低起

2、動(dòng)電流Ist。機(jī)械特性如圖1所示：如圖1降壓啟動(dòng)機(jī)械特性交流電機(jī)輕載降壓運(yùn)行，可以提高電機(jī)效率，避免“大馬拉小車”，節(jié)約電能。功率-效率關(guān)系如圖2所示。圖2 功率-效率關(guān)系圖（2）基于晶閘管的相控調(diào)壓如圖3：普通晶閘管：兩個(gè)普通晶閘管反并聯(lián)，輸入兩路脈沖。 雙向晶閘管：兩個(gè)主電極T1、T2，一個(gè)門極G。通常在G-T2之間加入觸發(fā)脈沖，使其導(dǎo)通。 圖3 普通晶閘管和雙向晶閘管軟起動(dòng)過程，如圖4：電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)a較大。a逐漸減小，轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)態(tài)時(shí)a=0°。a的調(diào)壓可控范圍：j180°。 圖4軟啟動(dòng)晶閘管觸發(fā)角2.軟啟動(dòng)裝置組成 共包含4各部分電源板，控制板，驅(qū)動(dòng)板，主電路板。部分重

3、要電路具體原理如下：（1）數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)采用芯片AT28C64事先寫入程序，低8位A8A11選擇模式，即導(dǎo)通角的大??；高四位A0A7選擇模式中的某一位，即掃頻。共采用16種模式，每種10秒，示意如圖5：圖5存儲(chǔ)模式脈沖產(chǎn)生原理框圖模式選擇控制電路:采用可預(yù)置同步計(jì)數(shù)器74161實(shí)現(xiàn)?？倖?dòng)時(shí)間160s自動(dòng)切換。超低頻時(shí)鐘的產(chǎn)生:多諧振蕩器555 提供74161的計(jì)數(shù)脈沖，通過改變電位器阻值，改變計(jì)數(shù)脈沖周期（2）滯環(huán)電壓比較器LM393(B)、74LS04作用：將工頻50Hz正弦波變換為同步的標(biāo)準(zhǔn)TTL方波，如圖6所示：圖6滯環(huán)電壓比較環(huán)節(jié)（3）單穩(wěn)移相電路移相時(shí)間 。作用：將uab的同步信號(hào)轉(zhuǎn)

4、換為ua的同步信號(hào)，如圖7所示：圖7單穩(wěn)移相電路（4）鎖相同步倍頻電路作用：完成工頻50Hz的同步和256倍頻。如圖8所示 圖8鎖相倍頻電路（5）錯(cuò)相序封鎖電路原理：實(shí)驗(yàn)中利用uab與uac之間的相位差，分別延時(shí)后相“與”，從而判斷是否錯(cuò)相序，實(shí)現(xiàn)相序控制。 當(dāng)三相相序接錯(cuò)的時(shí)候能夠自動(dòng)封鎖74LS244的輸出，禁止系統(tǒng)運(yùn)行，避免事故的發(fā)生。 封鎖控制電路如圖9，將u4轉(zhuǎn)變?yōu)?4LS244控制信號(hào)；剛上電時(shí)，鑒相器需要一定的穩(wěn)定時(shí)間，在尚未完全鎖相同步情況下，暫時(shí)封鎖輸出。相序正確：uab比uac超前60o，即uab比uac超前3.3ms，u4恒高。相序錯(cuò)誤：uab比uac滯后60o，即uab

5、比uac滯后3.3ms，u4恒低。如圖9封鎖控制電路(6) 晶閘管驅(qū)動(dòng)電路 目的：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通；隔離控制電路與主電路。如圖10所示，A,B,C驅(qū)動(dòng)電路。 圖10 A相，B、C相驅(qū)動(dòng)電路三、各電路調(diào)試過程及問題解答（1）調(diào)試過程及遇到問題解決： 1、首先調(diào)試的是電源板。 電源板由于是直接發(fā)下來的，所以不需要我們手動(dòng)焊接，只需要上電測(cè)試即可。上220V電源后，測(cè)試+12V和+5V輸出正常，555輸出脈沖很標(biāo)準(zhǔn)，稍有誤差屬正?，F(xiàn)象。但是18V交流卻只輸出200mv，于是檢查線路，發(fā)現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，加固后輸出正常。于是記錄了下波形，電源板測(cè)試完畢。 2、

6、其次測(cè)試的是驅(qū)動(dòng)板。 由于老師要求，三相驅(qū)動(dòng)電路采用不同的驅(qū)動(dòng)方式：A相：光耦MOC3052及外圍電路。B、C相：三極管9013和脈沖變壓器及外圍電路。此部分未發(fā)板子，所以需要手動(dòng)焊接。我被安排負(fù)責(zé)此部分的主焊。 因?yàn)橐郧坝泻附咏?jīng)驗(yàn)，所以我首先進(jìn)行布線，原則是盡量不交叉不跳線，強(qiáng)、弱電隔離?；?0分鐘左右我就成功布好路線，沒跳一根線。老師發(fā)好器件后我就開始焊接了。這一部分還有最重要的一部分-變壓器自己繞制。我和同組同學(xué)均繞了一個(gè)。變比去2:1，匝數(shù)原副邊分別為40,20。繞完后測(cè)試了下同名端和變比，確定正確后，就焊到電路板上了。大約一個(gè)小時(shí)吧，整塊驅(qū)動(dòng)板焊接完畢。讓同組同學(xué)檢查了下沒問題。就

7、開始測(cè)試了。 由于A相接光耦，剛開始由于未接上主電路板，所以輸出脈沖沒辦法測(cè)試。所以我們先對(duì)B、C相輸出驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行測(cè)試。 測(cè)試用的是電源板的555測(cè)試脈沖信號(hào)，頻率9khz，脈寬50us。分別加到B,C相驅(qū)動(dòng)輸入上，用示波器觀察輸出驅(qū)動(dòng)脈沖。發(fā)現(xiàn)C相輸出幅值1.5V，脈寬50us很標(biāo)準(zhǔn)，但是遇到的問題是，B相有兩路輸出，這兩路幅值1.2V但是 脈寬只有1/3，大約15us。老師說有些小了。于是我查閱bt151系列的晶閘管典型導(dǎo)通時(shí)間為2us，所以理論上應(yīng)該可以。但是為了保證可靠導(dǎo)通，我們還是重新增加匝數(shù)，原副邊100和50。重新焊接到驅(qū)動(dòng)板。又測(cè)試下，終于脈寬達(dá)到50us，幅值1.2V，能夠

8、可靠驅(qū)動(dòng)晶閘管了。至此，驅(qū)動(dòng)板焊接調(diào)試完畢。 3、接下來調(diào)試的是控制板。 控制板也是老師發(fā)下來的pcb板，只是沒有器件。于是是發(fā)部分器件測(cè)試驗(yàn)收后進(jìn)行下一步。 第一部分調(diào)試滯環(huán)電壓比較器環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)主要是計(jì)算門限電壓，調(diào)節(jié)VH=0V即可。通過調(diào)節(jié)VR1電位器來調(diào)節(jié)，這部分測(cè)試比較順利，一下子就調(diào)出VH=0V，讀了VL大約5V左右，滿足要求。 第二部分調(diào)試的是74ls122移相環(huán)節(jié)。這也是調(diào)電位器VR2是脈寬為1.667ms，即對(duì)應(yīng)30°。也沒什么問題。 第三部分是重點(diǎn)，是鎖相倍頻cd4046環(huán)節(jié)。這一部分需要測(cè)試的東西較多，我們按照事先畫好的順序開始一一測(cè)試。顯示AIN和BIN，AI

9、N為標(biāo)準(zhǔn)50HZ移相30°的波，反饋的BIN也是同頻同相的波形，正確。接下來測(cè)試輸出256倍頻。發(fā)現(xiàn)波動(dòng)比較厲害，也沒顯示12.8khz，檢查下感覺表筆接觸問題，于是換了帶探頭的示波器表筆，測(cè)試波形就正常了。顯示頻率12.8khz很標(biāo)準(zhǔn)。而且鎖相環(huán)反饋無抖動(dòng)，很穩(wěn)。繼續(xù)測(cè)試分頻器的輸出。分別測(cè)試74ls393的八個(gè)位，分別二分頻，直至256分頻。每個(gè)位都測(cè)試一遍，均正確。中間開始有些波形測(cè)不出來，后來證實(shí)也是接觸問題導(dǎo)致。至此鎖相倍頻環(huán)節(jié)測(cè)試完畢，驗(yàn)收通過。 第四部分是手動(dòng)測(cè)試2864不同工作模式輸出驅(qū)動(dòng)脈沖。這需要注意硬件上的兩個(gè)問題，1、74ls244要把使能通過跳線接地，解除封

10、鎖才行。2、需要手動(dòng)插線來設(shè)定工作模式。在我們?nèi)齻€(gè)人的配和下，成功測(cè)出所有工作模式的觸發(fā)角，因?yàn)槭请x散的所以我們記錄在了一個(gè)表格里，見下面。其實(shí)此時(shí)我們已經(jīng)帶載驗(yàn)證了下，觸發(fā)角基本不變。 但是這時(shí)出現(xiàn)了大問題，不小心將18V交流碰到了5V電源上，電路瞬間不工作了。這個(gè)問題整整把我們難了1天，開始不工作輸出波形不對(duì)，后來換芯片發(fā)現(xiàn)前邊輸出對(duì)但是接上2864后，前面波形抖動(dòng)很厲害，換了很多芯片，結(jié)果總不盡人意。我們加班到很晚，也沒找出問題。馬上崩潰了，理論上后面不會(huì)影響前面，但是事實(shí)卻是這樣，都想換底板了。最后向老師求助，沒底板了，老師讓幫我分析下，讓我們自己找原因?？粗鴦e人在向后面進(jìn)行，我們很是

11、著急，最后我們決定更換二極管4148和電位器。抱著試試看的態(tài)度，不過結(jié)果是，板子輸出全部正常了，并找出了原因。還有就一塊芯片被燒了之前。我們很是高興?？祚R加鞭很快追上了進(jìn)度。我們吃一塹長一智，不在留線頭，并做好了絕緣工作。 至此，驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)測(cè)試完畢。4、再測(cè)試的是給定555低頻脈沖周期10s，并加上74ls161后，能自動(dòng)變工作模式環(huán)節(jié) 首先插上NE555，還是調(diào)節(jié)電位器變換周期。但是我們遇到的問題是，上電后并未觀察到有方波產(chǎn)生。很是奇怪，電位器擰了很久也沒方波，一直是高電平。感覺是555壞了，更換555后還是一樣的，一直是高電平。糾結(jié)了很久，最后決定換個(gè)電位計(jì)試試。果真換完后，將示波器時(shí)間

12、選到2.5s檔，就出先了10s周期的方波。這個(gè)問題成功解決。然后拔掉手動(dòng)控制工作模式的插線，接上74ls161，并解除封鎖74ls244。接好后，上電。剛開始時(shí)，我發(fā)現(xiàn)工作方式并不是從一開始按順序從0模式增加到15模式，有點(diǎn)亂序。不過等待不到1min，發(fā)現(xiàn)工作模式突然正常了。每隔10s燈顯示加1.從此以后，每次上電復(fù)位工作模式顯示正常了。5、接著測(cè)試的是需要加強(qiáng)電Uac，錯(cuò)相序封鎖環(huán)節(jié)（幾個(gè)單穩(wěn)延時(shí)測(cè)試） 在測(cè)試前，首先老師讓我們自己制作三相電的斷路器插座。我們?nèi)朔趾霉?，開始如火如荼的干起來。黃綠紅對(duì)應(yīng)A,B,C三相。過了1小時(shí)后，插座盒斷路器開關(guān)做好了。我們有接了一些線頭留給電路使用。接下

13、來就是測(cè)插頭，標(biāo)相序了。我和同學(xué)插好后，用示波器接好了，表筆只接了一個(gè)地，另一個(gè)表筆的地用絕緣膠帶包好。上電，觀察波形，按照事先定好的C相，觀察相位關(guān)系，很快找到了Uac超前Ubc 60°。于是測(cè)好了相序。由于實(shí)驗(yàn)器材有限，大家都在爭用，所以我們打算中午加加班，沒人了在加強(qiáng)電。到了中午，大家早早來到，開始加380V強(qiáng)電。開始有點(diǎn)緊張，生怕會(huì)燒壞板子。但是還是鼓起勇氣上電了。很幸運(yùn)，運(yùn)行正常，便開始測(cè)波形。主要測(cè)試幾個(gè)單穩(wěn)延時(shí)電路的輸出相位關(guān)系。5ms和1ms正確，只發(fā)現(xiàn)25ms的U4脈寬偏小，于是帶電調(diào)節(jié)電位器VR5使U4恒為高電平即可。6.最后環(huán)節(jié)，接上主電路板，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，并帶

14、載測(cè)試相電壓 這次全部換上了強(qiáng)電，而且接上了主電路和燈箱。接燈箱前，我們先帶主電路板測(cè)試了下輸出脈沖波形，發(fā)現(xiàn)很穩(wěn)定，脈寬和幅值能保證可靠觸通晶閘管。于是，果斷接燈箱測(cè)試。把電源板，控制板，驅(qū)動(dòng)板，主電路板，燈箱接好后，準(zhǔn)備接強(qiáng)電測(cè)試。打開斷路器開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈箱閃爍比較厲害，而且前3種工作模式，不穩(wěn)定，時(shí)間也比較短，到第四種工作模式后正常，這是有問題的。我們分析了下，應(yīng)該是前面U4波動(dòng)造成161清零和244被封鎖造成。于是上強(qiáng)電，用示波器觀察U4輸出，果真有周期性雜波拉低了。于是帶電繼續(xù)調(diào)節(jié)VR5。保證了U4恒為高電平，不受雜波影響了。重新上電后發(fā)現(xiàn)，燈箱工作正常了，工作方式也很穩(wěn)定了。我們很

15、是高興，而且叫老師驗(yàn)收時(shí)，老師也說我們的相電壓波形很完美，很對(duì)稱，也不抖動(dòng)，很標(biāo)準(zhǔn)。至此，所有，驗(yàn)收通過。由于別人又帶電機(jī)的，但是燒了不少，電機(jī)和測(cè)速器也有限，所以我們便帶燈箱驗(yàn)收了。 （2）指導(dǎo)書思考題解答1.分析VH、VL調(diào)節(jié)范圍，是VH=0，VR1應(yīng)調(diào)制多大？輸出高電平多少伏？答：有公式，帶入V-=-12v，V+=12v，Uref=-0.7V，求解得，R2=161.43K，去掉定值電阻50k，得VR1=111.43k。2、移相30°，單穩(wěn)為什么不從Q輸出?計(jì)算移相時(shí)間對(duì)輸入脈沖有何要求?若前級(jí)滯環(huán)比較VH不是0V而是0.5V能否單穩(wěn)進(jìn)行補(bǔ)償？缺點(diǎn)？12、LM393-A輸出波形高

16、電平帶有弧狀原因？答：由于交流和直流電源的疊加13、鎖相環(huán)電路，分析非門所起的作用？分析與電網(wǎng)同步方面所起的作用？答：非門是把計(jì)數(shù)器的0 1變換為1 0，保證與輸入信號(hào)同步。此沿與同步信號(hào)AIN上升沿對(duì)齊保證計(jì)數(shù)器在電網(wǎng)正半周過零時(shí)從0開始計(jì)數(shù)。14、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)原理圖？答:見上面的原理15、對(duì)C相驅(qū)動(dòng)電路，畫出原副邊波形？答：見后面波形記錄四、測(cè)試結(jié)果及波形分析總結(jié)1、電源以及測(cè)試脈沖輸出波形 +5V輸出 +12V輸出 -12V輸出 18V交流輸出 555測(cè)試脈沖輸出2、驅(qū)動(dòng)電路脈沖輸出 B相副邊1驅(qū)動(dòng)輸出 B相副邊2驅(qū)動(dòng)輸出 C相驅(qū)動(dòng)脈沖3、控制電路部分輸出 LM393（1）A輸出與輸入同相峰

17、峰值24V LM393（1）B輸出與輸入反相 74LS04反相器輸出（與輸入同相） 74LS122輸出移相30°的Q非 74LS122輸出移相30°的Q 鎖相環(huán)4046的AIN和BIN（同相同頻）鎖相倍頻CD4046的輸出256倍頻12.8HZ 分頻器256分頻74LS393最高位輸出50Hz 74LS393次高位輸出100HZ 74LS393第五位輸出200HZ 74LS393第四位輸出400hz 74LS393第三位輸出800hz 74LS393第二位輸出1.6Khz 74LS393第一位輸出3.2kHz 74LS393第0位輸出6.4Khz4、2864在不同工作模式下的觸發(fā)角（選取部分角度圖像） 模式0=150°A相輸出脈沖 模式0=150°B相輸出脈沖 模式0=150°C相輸出脈沖 模式4=90°A相輸出脈沖 模式4=90°B相輸出脈沖 模式4=90°C相輸出脈沖 模式9=60°A相輸出脈沖 模式9=60